一种用于群桩沉桩挤土效应的透明土试验装置的制作方法

本发明涉及土体变形技术领域，特别涉及一种用于群桩沉桩挤土效应的透明土试验装置。

背景技术：

以往对沉桩挤土效应的研究主要集中于单桩或双桩，对群桩的挤土效应分析较少，群桩一般是按组合进行分区，将每一分区的桩近似为当量单桩，然后按单桩分析群桩的挤土效应，但这种分析方法忽略了桩的施工次序，桩效应对桩间土及对已施工桩的影响。因此研究群桩沉桩过程中土体变形规律是十分必要的。

透明土的基本原理是利用透明颗粒材料和具有相同折射率的孔隙液体混合，排出空气得到的透明的饱和土，该土体与天然土体具有相似的岩土工程性质。利用激光器可以在透明土中形成散斑场，可以利用工业相机拍出高精度的图片。piv技术是基于图像匹配技术发展起来的一种流体速度测量技术，通过对比不同时刻的图片灰度值，利用关联函数可以得到不同时刻的相对位移，从而得到群桩沉桩挤土后土体内部的宏观变形过程。

然而，现有技术对群桩挤土效应的研究方法并不成熟，且也未有研究群桩挤土过程中土体三维变形特性，所以亟需开发一种新型群桩沉桩挤土效应的透明土模型试验装置，以期深入认识群桩挤土过程中土体三维变形特性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于群桩沉桩挤土效应的透明土试验装置，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种用于群桩沉桩挤土效应的透明土试验装置，包括布置在试验平台上的透明模型箱和门型反力架，以及若干模型桩、沉桩加载设备和成像装置。

所述门型反力架包括两根立柱以及连接在两根立柱之间的横梁。所述横梁上设置有预留孔洞。

所述透明模型箱整体为一个矩形箱体。所述透明模型箱的内腔底部布置有透水石。所述透水石上方填筑有透明土。所述透明模型箱的侧壁上设置有若干个排水阀门。所述透明模型箱布置在横梁下方。所述模型桩按设计要求布设在透明土中。所述模型桩的桩顶伸出透明土的上表面。

所述沉桩加载设备包括传动杆和传力板。所述传动杆的上端穿过横梁的预留孔洞后与电动加载装置连接，下端与传力板连接。所述传力板的板面上设置有若干个连接孔。端头连接件通过连接孔可拆卸地安装在传力板的下板面。所述连接件的位置与模型桩的位置相对应。

所述成像装置包括3个激光器和3个工业相机。所述3个激光器和3个工业相机均位于透明模型箱外侧。所述3个激光器分别位于模型槽的三个侧面。所述3个激光器发射的激光在透明土中形成三个激光平面。所述3个工业相机的机拍摄方向分别位于三个激光平面的法线方向。

试验时，在模型试验箱内进行群桩沉桩挤土试验。依次安装对应连接件，电动加载装置驱动传动杆沿纵向运动，继而带动连接件将对应模型桩的桩顶挤入透明土中。所述工业相机实时记录透明土散斑场的变化。

进一步，所述光学平台上还布置有矩形滑轨。所述三个激光器中，两个活动连接在矩形滑轨上，一个活动连接在立柱上。所述三个工业相机中，两个活动连接在矩形滑轨上，一个活动连接在横梁下表面。

进一步，所述模型桩采用正方形或梅花形排列方式。

进一步，所述连接件整体为一个圆柱。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

a.实现桩周围土体变形的可视化测量，群桩沉桩也可以观测到后沉入桩对先前沉入桩的影响；

b.可通过多切面土体位移场测量，得到桩周土体变形的真实三维位移场；

c.采用激光器和相机在黑暗环境下对人工合成透明土内多个模型桩的沉桩过程进行观测记录，可较好的对桩体在土体内静压沉桩过程进行模拟，有很好的参考价值；

d.试验装置尺寸小，系统设置合理，试验操作方便。

附图说明

图1为试验装置结构示意图；

图2为加载板示意图；

图3为沉桩顺序示意图；

图中：试验台1、模型箱2、排水阀门201、激光发射器3、工业相机4、矩形相机轨道5、门形反力架6、立柱601、横梁602、透明土7、沉桩加载设备8、传动杆801、传力板802、连接孔8021、连接件9、透水石10、模型桩13。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参见图1，本实施例公开一种用于群桩沉桩挤土效应的透明土试验装置，包括布置在试验平台1上的透明模型箱2和门型反力架6，以及9个模型桩13、沉桩加载设备8和成像装置。

所述门型反力架6包括两根立柱601以及连接在两根立柱601之间的横梁602。所述横梁602上设置有预留孔洞。

所述透明模型箱2整体为一个上端敞口且内中空的矩形箱体。所述透明模型箱2的内腔底部布置有透水石10。所述透水石10上方填筑有透明土7。所述透明模型箱2的侧壁上设置有排水阀门201，用于土体固结排水。所述排水阀门201布置在对应于透水石10的位置处。所述透明模型箱2布置在横梁602下方。所述模型桩13按设计要求布设在透明土7中。所述模型桩13采用正方形或梅花形排列方式。所述模型桩13的桩顶伸出透明土7的上表面。所述模型桩13的材料折射率与透明土7的折射率一致，先前沉入的模型桩13不会对散斑平面上散斑点造成影响，可以实现土体内部变形的高精度实时测量，提高了试验结果的准确性。

参见图2，所述沉桩加载设备8包括传动杆801和传力板802。所述传动杆801的上端穿过横梁602的预留孔洞后与电动加载装置连接，下端与传力板802连接。所述传力板802的板面上设置有9个连接孔8021。所述连接孔8021的孔壁上设置有内螺纹。端头连接件9通过连接孔8021可拆卸地安装在传力板802的下板面。所述连接件9的位置与模型桩13的位置相对应。所述连接件9整体为一个圆柱。所述连接件9的上端设置有与连接孔8021内螺纹相匹配的外螺纹。通过拆卸连接件9实现依次沉桩。

所述成像装置包括3个激光器3和3个工业相机4。所述3个激光器3和3个工业相机4均位于透明模型箱2外侧。所述3个激光器3分别位于模型槽的三个侧面。所述光学平台1上还布置有矩形滑轨5。所述三个激光器3中，两个活动连接在矩形滑轨5上，一个活动连接在立柱601上。所述三个工业相机4中，两个活动连接在矩形滑轨5上，一个活动连接在横梁602下表面。所述3个激光器3发射的激光在透明土14中形成三个激光平面。所述3个工业相机4的机拍摄方向分别位于三个激光平面的法线方向。

参见图3，试验时，在模型试验箱2内进行群桩沉桩挤土试验。群桩沉桩挤土并不是所有桩一起沉入透明土内，而是一根一根分别沉入，以后也可以用本发明研究沉桩顺序对群桩挤土效应的影响。依次安装对应连接件9，电动加载装置驱动传动杆801沿纵向运动，继而带动连接件9将对应模型桩13的桩顶挤入透明土7中。所述工业相机4实时记录透明土散斑场的变化。经过软件分析，从而得到群桩沉桩挤土后土体三维变形特性。

值得说明的是，所述群桩沉桩挤土效应的透明土模型试验装置，尺寸可以根据研究需要进行调整，既可用于群桩挤土效应相关课题研究，也可作为教学仪器。